La mayor parte de las reparaciones se realizan con rellenos o suplementos de material compuesto.

La adhesión a la superficie estructural (no dañada) y el posterior curado precisa de equipo especial.

Se llaman materiales y equipos de proceso los ele­mentos que no forman parte de la reparación en sí misma, pero que son necesarios para realizarla, para el caso de reparación en el laminado de panal de abeja.

A lo largo del capítulo se verán otros modos de reparación, pero este que presentamos ahora reúne gran parte de los materiales de proceso.

Son los siguientes:

a. Capa perforada. Permite la salida del aire y compuestos volátiles de la zona de reparación. Está hecha de propileno.
b. Capa de sangrado . Da vía de escape al aire y compuestos volátiles citados en (a).
c. Película de separación. Impide el paso de la resina a las capas superiores (donde están la manta térmica y la placa de presión).
d. Placa de presión. Es una superficie metálica, normalmente de aluminio, lisa, que está en contacto con el laminado durante la repara­ción, al que proporciona un acabado superficial liso.

La placa de presión también favorece la uni­formidad de temperatura del material en la zona de reparación.
e. Fieltro de respiración. De una o más capas, está situado en el interior de la bolsa de vacío.
Constituye la trayectoria de salida del aire que inicialmente está en la bolsa de vacío.
f. Bolsa de vacío. Figura 4.2. Aísla la zona de reparación de la atmósfera. Al estilo de las bolsas de uso común es de lámina muy fina, de nilón.

Equipos

Nos centramos en la explicación de la manta térmi­ca, lámpara de calor, ventilador de aire caliente, bolsa de vacío y autoclave.

 

Manta térmica

 

La manta térmica, es el calentador más usual para realizar reparaciones en material compuesto.

Está fabricada en dos capas de caucho con una resistencia eléctrica pegada entre ellas.

El flujo de calor de la manta se mide en vatios por unidad de superficie.

Para el curado en reparaciones de material compuesto suele ser suficiente manta con flujo de 0,75 w/cm2 (5 w/in2).

La propiedad principal que debe tener la manta tér­mica es proporcionar un flujo de calor constante para toda la superficie de reparación, de forma que esta reciba la misma cantidad de calor.

Esto no significa que la temperatura sea la misma en todos los puntos, y de hecho no lo es, en particular por la pérdida de calor que se produce en los extremos de la manta.

Por esta razón, se usa superficie de manta térmica que sobresale unos 5 cm de los bordes de la zona de reparación.

También, el centrado de la manta sobre la zona de reparación favorece que la tem­peratura sea uniforme en toda ella.

Las mantas empleadas en reparaciones aeronáuticas deben estar certificadas.

Han de comprobarse de acuerdo con los manuales del fabricante.

La compro­bación se hace sobre su característica operativa princi­pal:

Uniformidad de temperatura.

Hay varios sistemas de comprobación, con termopares extendidos por la manta, o bien por sistemas de imagen térmica o, más fácil y barato, con ayuda de un pirómetro (mide la radiación térmica sin necesidad de ponerlo en contacto con la manta).

A lo largo y ancho ·de la manta no debe haber más de 7 °C de diferencia entre la temperatura máxima y mínima medidas.

En el mercado hay mantas que controlan la temperatura automáticamente con ayuda de termopares.

 

El curado del compuesto en estos sistemas se controla con el termopar que indica la temperatura más alta, con el de no sobrecalentar la zona de reparación.

No es práctico, por ejemplo, elegir la temperatura media como valor mínimo pues podrían darse zonas con sobrecalentamiento.

 

Lámpara térmica y ventilador de aire caliente

 

Se usa para reparaciones donde la temperatura de curado es baja.

La temperatura de curado depende de distancia del foco de calor a la zona de reparación, de modo que se necesita un trípode para ajustar la dis­tancia.

Algunos talleres de mantenimiento no son partida­rios de este sistema por el grado de ineficiencia que puede aportar, pero lo cierto es que su uso está previs­to en la documentación técnica de los aviones más modernos.

Los ventiladores de aire caliente, con control de temperatura de expulsión del aire, son apropiados para pequeñas reparaciones.

 

Bolsa de vacío

La bolsa de vacío  permite aplicar presión mecánica en el laminado en su ciclo de curado con los fines siguientes:

• Eliminar el aire y compuestos volátiles atrapados entre capas del material.
• Comprimir las capas de fibra para mejorar la transmisión de las cargas estructurales.
• Previene el cambio de la orientación de las fibras durante el curado.
• Disminuir la humedad.
• Optimiza la proporción volumétrica entre fibra y resina.

La instalación cuenta con bomba neumática de vacío conectada a la bolsa por medio de una tubería.

Un vacuómetro, además de indicar la presión en la bolsa, permite comprobar si existen fugas en el sistema.

Se usa cinta sellante  en los bordes para mantener la presión diferencial con la atmósfera.

 

Autoclaves

 

Un autoclave es similar a un horno  pero con la particularidad de que su atmósfera interna de gas está presurizada.

Es una cámara de acero, hermética, cuyo volumen interior es el espacio donde el componente que se trabaja se somete a procesos de calentamiento, presión y vacío.

La industria aeronáutica ha empezado a usar grandes cámaras de autoclave  ya que tenemos los primeros aviones comerciales con fuselajes cons­truidos en fibra de carbono (Boeing 787 y Airbus A350XWB).

Según tamaño, el autoclave está preparado para cura­do de componentes pequeños.

A veces varios de ellos al mismo tiempo incluso con presión y temperatura dis­tinta.

En otros entran las secciones completas del fuse­laje.

En reparaciones aeronáuticas se controlan por ordenador, que procesa los ciclos de curado, descarga y registra además las variables de la operación para archivo.

Desconecta la instalación cuando el proceso termina.

Se utiliza nitrógeno para las operaciones de curado en la cámara, con circulación del gas a alta velocidad.

No se utiliza aire comprimid para evitar riesgos combustión.

Hay cantidad de compuestos volátiles que se producen durante las operaciones de curado.

El gas de la cámara se comprime con la ayuda de dos compresores, uno primario que toma el aire de la atmósfera y lo presuriza a O,7 MPa, aproximadamente.

El volumen de nitrógeno que existe en el aire atmosfé­rico a la salida de este compresor se separa del oxíge­no por un proceso de adsorción.

Una vez presente solo el nitrógeno se presuriza en un segundo compresor, según los casos, hasta 2 MPa (20,4 kg/cm2) aproxima­ damente.

Los parámetros de funcionamiento del auto­clave (temperatura y presión) dependen del tipo de resina usado.

Por ejemplo, las resinas epoxi requieren normalmente temperatura de trabajo en torno a 200 ºC y presión del orden de 0,7 MPa.

Otras resinas precisan de mayor presión y temperatura.

El autoclave se calienta por medios eléctricos aunque es posible el calentamiento indirecto por gas.

El méto­do eléctrico permite fijar con precisión el ciclo de cura­do y la tasa de cambio de la temperatura del gas en el interior de la cámara.

Para el ciclo de enfriamiento de la cámara se emple­an normalmente radiadores de agua como refrigerante, aunque también se puede combinar aire y agua.

El sis­tema de refrigeración del autoclave es más complejo que el de calentamiento:

La razón es el mayor número de variables que interviene en la refrigeración.

El sistema de vacío del autoclave consiste en bombas neumáticas, depósitos, líneas de medida de presión (que aseguran el nivel requerido de vacío para el cura­do de los componentes) y tuberías de succión.

Puede haber varias conexiones de vacío que se pueden con­trolar a distinta presión, de manera que se pueden realizar trabajos en bolsas de componentes que necesitan distinto ciclo de curado.

Hay autoclaves que admiten hasta 60 conexiones de vacío.

En fin, no será una sorpresa decir que el autoclave aeronáutico debe estar certificado para la presión, tem­peratura y ciclos de curado previstos en las reparacio­nes.

 

Hornos

 

 

Se utilizan también hornos para el curado del compuesto.

Como se ha dicho, la diferencia con el autoclave es que el horno no está presurizado, y aplica vacío para consolidar las capas de material compuesto.

 

Los hornos empleados para estos fines emplean aire caliente, y no mezcla de nitrógeno y aire.

Al ser menor la densidad del aire el riesgo de combustión de los materiales volátiles es remoto.

 

Útiles de soporte

 

Se emplea diverso utillaje para soportar las pie­zas durante el curado.

Su fin puede ser solo este, de soporte, pero también, por ejemplo, de modelado para mantener la curvatura de una superficie.

La curvatura de superficies es algo muy usual, como sabemos, en nuestro campo aeronáutico donde todas las superficies exteriores de la aeronave se ajustan por criterios de baja resistencia aerodinámica.

Para estos casos el útil se moldea según el contorno de la pieza, operación realizada por ordena­dor a partir de las superficies originales.

Se consigue así un modelo tridimensional que pasa luego, con sus coordenadas, a una máquina de control numérico que lo corta con precisión.

El uso de soportes impide la deformación de la pieza en curados de alta temperatura, por ello es equipo de empleo básico en el autoclave y horno.